グラフェンはナノマテリアルをその場所に置きます

ナノマテリアルは、独自の光学的および電気的特性と、産業用半導体製造プロセス内でのボトムアップ統合を提供します。しかし、それらはまた、最も困難な研究問題の1つを提示します。本質的に、今日の半導体製造には、化学汚染なしに事前定義されたチップ位置にナノ材料を堆積させる方法が欠けています。地球上で最も薄く、最も強く、最も柔軟性があり、最も導電性の高い材料の1つであるグラフェンは、この製造上の課題を解決するのに役立つと考えています。

私たちのチームであるIBMResearch-BrazilのIndustrialTechnology and Scienceグループは、大規模な産業用アプリケーション向けのナノマテリアル（100万分の1ミリメートルのサイズ）の構築、アプリケーション、および採用に焦点を当てています。約30年前まで、単一の原子や分子を表示して操作することはできませんでした。新しい技術の開発により、ナノスケールでの材料の挙動の影響について実験と理論化を開始できます。

Nature Communicationsに掲載された新しい論文、「大規模デバイス統合のためのソリューションからのグラフェン対応および指向性ナノマテリアル配置」では、グラフェンを帯電させて材料を堆積させることが可能であることを、私たちと学術協力パートナーが初めて証明しました。 97 {ccf696850f4de51e8cea028aa388d2d2d2eef894571ad33a4aa3b26b43009887}のほぼ完全な分岐器を備えた固体表面の任意の場所で。このようにグラフェンを使用すると、ナノ材料をナノメートルスケールでナノメートルの精度で統合できます。

特定のナノスケールの場所に材料を堆積させることが可能であるだけでなく、これを複数の堆積サイトで並行して行うことができることも報告しました。つまり、ナノ材料を大量に統合することが可能です。この作品は特許を取得しています[US9412815B2]。

固体基板の上に配置された大きなグラフェン層に構造化された対向するグラフェン電極のペア間のナノスケール材料の電界支援配置の芸術的レンダリング。量子ドット（赤）、カーボンナノチューブ（灰色）、および二硫化モリブデンナノシート（白/灰色）は、グラフェンベースの電界支援に基づいて大規模に組み立てることができる代表的な0D、1D、および2Dナノ材料として示されています。配置方法。

グラフェンは、電気を伝導し、電界を伝播することができる最も薄い材料です。電界は、グラフェンシート上にナノ材料を配置するために使用するものです。グラフェンの形状とパターン（設計）によって、ナノ材料を配置する場所が決まります。これは、ナノマテリアルを構築するための前例のないレベルの精度を提供します。現在、このアプローチは標準的な材料、主に銅などの金属を使用して行われています。しかし、性能に影響を与えたり、ナノマテリアルを完全に破壊したりせずに、組み立てた後のナノマテリアルから銅を取り除くことはほぼ不可能であるため、課題が発生します。グラフェンは、ナノ材料の配置を正確にするだけでなく、組み立てられたナノ材料から簡単に取り外すことができます。

重要なことに、この方法は、量子ドット、ナノチューブ、2次元ナノシートなど、ナノマテリアルの形状に関係なく機能します。この方法を使用して、機能するトランジスタを構築し、その性能をテストしました。統合された電子機器に加えて、この方法は、ラボオンチップ（マイクロフルイディクス）技術[US20170292934A1]での粒子操作およびトラップに利用できます。

ナノマテリアルの配置にグラフェンを使用することの進歩は、次世代のソーラーパネル、携帯電話やタブレットのより高速なチップ、または電気制御のオンチップ量子発光体や検出器などの探索的量子デバイスを作成するために使用できます。このようなデバイスは、安全な通信の前提条件である単一光子を放出または検出できます。

この公開された研究のような証拠は、グラフェンが標準的な材料（今日使用されている）ができないナノ材料の統合を可能にする可能性があることを示唆しています。これは、世界で最も野心的な研究努力の1つであるグラフェンフラッグシップの主要な目的である産業規模の電子機器製造への組み込みへの道を開く可能性があります。産業パートナーと協力することで、知識の生成、技術開発、およびナノマテリアルの統合のためのこのボトムアップ手法の採用を加速したいと考えています。

大規模なデバイス統合のためのソリューションからのグラフェン対応および指向性ナノマテリアル配置。 ネイチャーコミュニケーションズ。 DOI：10.1038 / s41467-018-06604-4。